Текущая промышленная технология синтеза аммиака основана на методе Хабера с использованием катализаторов на основе железа. Условия реакции очень требовательны (250 атмосфер, 400 градусов Цельсия) и требуют огромного потребления энергии. Фотокаталитическая технология может напрямую преобразовывать солнечную энергию в химическую энергию, Энергопотребление аммиака обеспечивает очень перспективный метод. Однако сверхвысокая связь азот-азотной связи делает молекулу азота устойчивыми химическими свойствами, что затрудняет использование обычных фотокаталитических материалов для активации молекул азота. Развитие высокоэффективного азотсодержащего фотокатализатора аммиака по-прежнему сталкивается с огромными проблемами. Недавно профессор Сюн Юйи из Университета науки и техники Китая и теоретическая исследовательская группа профессора У Сяоцзюня, на основе технического контроля дефектов металлокаталитических фотокатализаторов, обнаружили, что катализатор был доработан легированием. Состояние дефекта может способствовать эффективной активации молекул азота дефектными участками и эффективно повысить эффективность фотокаталитической фиксации азота аммиака. Работа была опубликована в Интернете в важном журнале международной химии, J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021 / jacs.8b02076), первым автором является д-р Чжан Нин, аспирант Абдул Джалиль и Мичио, в том числе совместно соответствующий автор профессор Сюн Yujie, превосходный внеочередного доцент и профессор В Xiaojun.
Принципиальная схема катализатора W18O49 на основе легированного молибденом дефектного состояния для световой фиксации азота
С кинетической точки зрения, ввиду высокой химической стабильности молекул азота, активация молекул азота обычно считается предпосылкой для восстановления азота. Для фотокаталитических материалов участки поверхностного дефекта могут служить активными сайтами для химической адсорбции молекул азота. Локализованные электроны на дефекте могут быть перенесены в антисвязывающую π-орбиталь адсорбированной молекулы азота, тем самым достигая ослабления азот-азотной связи. Хотя в соответствующей литературе сообщается, что каталитический материал на основе дефектной конструкции может быть использован для фотокаталитической фиксации азота. Синтетическая реакция аммиака, но ее активность еще нуждается в дальнейшем улучшении. Узкое место исходит из многих аспектов: во-первых, необходимо дополнительно регулировать адсорбцию азотных сайтов с помощью каталитических центров и способствовать переносу фотогенерированных электронов из катализатора в адсорбированные молекулы азота для улучшения азота. Активационная способность молекулы, во-вторых, необходимо подавить процесс релаксации энергии фотогенерированных электронов на дефект, чтобы уменьшить потери энергии при переносе электронов.
В ответ на эту серию проблем команда Xiong Yujie имплантировала атомы молибдена на дефектные участки катализаторов W18O49 для достижения эффективной активации молекул азота в фотокаталитических системах. Исследователи в сочетании с характеристикой синхронного излучения, инфракрасной спектроскопией in-situ и теоретическими расчетами. , выявляя эффект уточнения легированных атомов молибдена на дефектном состоянии. С одной стороны, легирование молибдена увеличивает уровень дефекта катализатора и уменьшает потери энергии, вызванные процессом релаксации энергии электронов, с другой стороны, образование легирования молибдена Молекулярный сайт молибдена-вольфрама регулирует зарядовое состояние молекул адсорбированного азота, увеличивает разность зарядов между атомами азота, увеличивает ковалентность связей металл-кислород и способствует процессу переноса фотогенерированных электронов. Синергетический эффект между различными эффектами примесей эффективно стимулирует активацию молекул азота в каталитических центрах и значительно повышает эффективность синтеза азотфиксирующего аммиака, основанного на катализаторе. Достигнут прогресс в разработке эффективных азотфиксирующих фотокатализаторов и модулировании дефектов катализатора. Государство дает новую идею и демонстрирует важность регулирования электронной структуры каталитического центра для каталитической реакции.
Спектроскопия рентгеновского излучения с синхротронным излучением, фотоэлектронная спектроскопия и инфракрасная спектроскопия in situ обнаружение этой работы были соответственно поддержаны профессором Сонг Ли, профессором Чжу Джунфа и научным сотрудником Яна Цемпина из Университета науки и техники Китая. Исследовательская работа была разработана государством. План, Национальный научный фонд для выдающихся молодых ученых, Ключевой исследовательский проект Пограничной науки Китайской академии наук и Группа по переходу на инновации Академии наук Китая.
